航海家號最後的冒險-科學人雜誌
太空科學

航海家號最後的冒險

2022-09-01 佛爾吉(Tim Folger)
這兩艘太空船在1977年升空,飛掠太陽系的數顆行星及其衛星,所拍攝的影像改變了我們對行星和衛星的認識。它們接著探測了星際空間,將延續到2030年代才電力耗盡。
▲ (影像來源:NASA/JPL-Caltech)

如果這些星星沒有排成一列,史上成果最卓越的兩艘太空船將沒有機會發射升空。這裡所說的「星星」其實是行星,也就是太陽系中最大的四顆行星。60年前,這四顆行星緩緩排成一列,前一次則發生在19世紀初傑佛遜(Thomas Jefferson)擔任美國總統時期。長久以來,極少有人留意這種行星連珠景象,首先喚起大眾注意的是美國加州理工學院的航太博士生弗蘭德羅(Gary Flandro)。

當時是1965年,太空探索時代剛剛展開。僅僅八年之前,前蘇聯剛剛發射史上第一枚人造衛星史波尼克一號(Sputnik 1)。弗蘭德羅在美國航太總署(NASA)噴射推進實驗室半工半讀,受指派的任務是找出最有效的方法,把太空船送往木星,甚至土星、天王星或海王星。他使用20世紀工程師最愛的精密工具──鉛筆,畫出這幾顆巨行星的軌道路徑,發現一件有趣的事:1970年代晚期到1980年代初期,這四顆行星會像珍珠項鍊一樣連成一串,和地球一起組成行星項鍊。

行星全壘打

這個巧合代表太空船可以利用飛掠每一顆巨行星時的重力牽引來加速,就像有一條看不見的繩索拖著,繩索會在最後一刻斷裂,把太空船拋出。弗蘭德羅算出,這些重力輔助(gravity assist)可使地球到海王星之間的路程,從30年縮短到12年。這項計畫只有一個問題:四星連珠每隔176年才出現一次。要在四星連珠期間內飛掠這些行星,太空船必須在1970年代中期發射升空。

因此,NASA得建造兩艘太空船,好抓住這百年難得的機會。1977年夏天,所有細節完全相同的航海家一號和二號在15天內相繼發射升空。它們在太空中遨遊45年,目前仍在運作,每天從太陽系已知最遠的行星以外把資料傳回地球。無論在飛行距離和運作時間,航海家一號和二號都是史上名列第一的太空船。依據已知的太陽影響範圍與銀河系之間的界線,如今它們已經進入星際空間(interstellar space)。航海家一號和二號是史上第一批進入星際空間的人造物,而且這項事蹟在數十年內應該無法超越。它們當初預計的任務時間只有四年,這個紀錄算是相當棒了。

45年前航海家一號和二號剛踏上旅程時,拍攝了史上第一批木星和土星衛星的近距離影像。這批影像顯示,原本認為和月球一樣死氣沉沉又滿佈隕石坑的衛星表面,其實有活火山和遍佈裂縫的冰原,讓研究人員大為驚奇。1986年,航海家二號成為第一艘飛掠天王星的太空船,三年後飛掠海王星,是迄今唯一飛掠這四顆行星的太空船。今日,這兩艘星際探測船先鋒與地球相距超過190億公里,在未知地帶傳回一連串出乎意料的發現,讓理論學家既欣喜又困惑。

然而,航海家一號和二號成果非凡的壯遊步調終將漸漸放緩。NASA預計今年逐步關閉它們的某些系統,盡量節省剩餘的能源,希望把這趟史無前例的太空之旅延長到2030年。對航海家號計畫的科學家而言,這一刻可謂苦樂參半,尤其是許多從一開始就參與至今的成員。這項成果遠超出預期的計畫,即將邁向終點。

約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的物理學家麥納特(Ralph McNutt),研究生涯大半都奉獻給航海家號計畫,他說:「這項計畫執行44年之久,已經超過任務時間的十倍以上。」

縮水的偉大旅程

當年這四顆行星或許即將就位,但最重要的是美國國會還沒有做出決定。弗蘭德羅提出報告後,NASA擬定偉大旅程(Grand Tour)計畫,打算發射五艘探測船,分別前往四顆巨行星及冥王星。這項計畫極具雄心,但是花費高昂,美國國會沒有通過。噴射推進實驗室的行星科學家史皮爾克(Linda Spilker)說:「這確實是十分偉大的願景,但因為經費問題而遭到刪減。」

美國國會最後通過縮小規模的偉大旅程計畫,這項計畫起初稱為1977木星土星水手計畫(MJS 77),只把兩艘太空船送往兩顆行星。儘管如此,NASA工程師設計太空船時仍然暗地強化,使它們有能力執行更長遠的任務。他們希望在這兩艘太空船證明自己的實力後,航程可以延長到天王星、海王星,甚至更遠的地方……


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